發(fā)布時間：2019-11-24 07:07

【摘要】：為解決鈉硫電池非真空保溫結(jié)構(gòu)存在的厚度過大、壽命短、可靠性不佳等問題,利用多層平壁導(dǎo)熱理論建立保溫結(jié)構(gòu)數(shù)學(xué)模型,采用有限元分析軟件ANSYS進行實體建模與數(shù)值模擬,分析不同性能保溫材料對實際性能的影響,并提出一種通過了實驗驗證的鈉硫電池保溫結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計方案.結(jié)果表明,優(yōu)化方案滿足了保溫結(jié)構(gòu)設(shè)計的需求;通過應(yīng)用新型保溫材料使保溫結(jié)構(gòu)厚度縮減了37.5%,從而減小了整體體積與重量;總結(jié)出根據(jù)材料屬性與熱阻安排保溫材料布局的思路,保證了各保溫材料在工作條件下的安全可靠.這對未來鈉硫電池以及其他裝置的保溫結(jié)構(gòu)設(shè)計與優(yōu)化提供了技術(shù)參考.
【圖文】：

in等［13］針對陶瓷管單元集群及整體電池箱體溫度分布進行了數(shù)值模擬，其外層保溫采用真空薄壁結(jié)構(gòu)．由此可見，鈉硫電池作為新能源儲能領(lǐng)域的新技術(shù)，其保溫結(jié)構(gòu)的設(shè)計仍然有許多技術(shù)問題亟待解決．此外，現(xiàn)有的鈉硫電池非真空保溫結(jié)構(gòu)設(shè)計存在厚度過大、壽命短、可靠性不佳等問題．本文即針對上述問題加以分析，并提出了一種新型的保溫結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計方案．1基本模型1．1物理模型描述鈉硫電池保溫箱呈立方體空腔結(jié)構(gòu)，電池單元置于其中［14］，加熱采用板型電加熱裝置(Heat-er)，安裝于保溫結(jié)構(gòu)內(nèi)側(cè)，如圖1所示，由內(nèi)至外分別為:云母板(MP，MicaPlate)、保溫結(jié)構(gòu)(TIS，ThermalInsulationStructure)和鋼板(SP，SteelPlate)．由于鈉硫電池保溫箱工作溫度一般較低，輻射傳熱量相對較小，在本研究中予以忽略，將該模型簡化為三維立方體空腔導(dǎo)熱與對流問題．另外，由于箱體實際尺寸較大，且各壁面結(jié)構(gòu)相同(頂部和底部除外)，故進一步忽略材料品質(zhì)、加工精度和結(jié)構(gòu)邊角結(jié)構(gòu)的影響，認為該模型各壁面?zhèn)鳠徇^程基本相似，且處于傳熱穩(wěn)定的狀態(tài)，即將保溫結(jié)構(gòu)簡化為單幅面半無限大平壁一維穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱問題來解決．圖1保溫結(jié)構(gòu)示意圖Fig．1Diagramofthermalinsulationstructure鈉硫電池技術(shù)指標(biāo)要求保溫結(jié)構(gòu)采用非真空薄壁的復(fù)合保溫材料結(jié)構(gòu)，保溫結(jié)構(gòu)厚度不超過50mm，在內(nèi)部工作溫度為350℃情況下外壁溫升不超過25℃．結(jié)合導(dǎo)熱微分方程式連同初始條件及邊界條件一起，即可完整地描述上述一維穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱問題．1649

∮錳沾上宋?板(CFB，CeramicFiberBoard)、陶瓷纖維氈(CFF，CeramicFiberFelt)和特制真空材料(SVB，SpecialVacuumBoard)，每種材料的厚度及其導(dǎo)熱系數(shù)列于表1．經(jīng)過實際運行實驗檢驗，原有保溫結(jié)構(gòu)方案在實際運行中所達到的最高溫升為19．062℃，滿足設(shè)計需求．但是，該方案的保溫厚度達到了80mm，超出設(shè)計要求，導(dǎo)致保溫結(jié)構(gòu)整體體積臃腫，限制了鈉硫電池的使用和安裝，浪費了材料．同時，特制真空材料的最高工作溫度達到了250℃左右，大幅超過該材料的正常運行溫度限制，很可能導(dǎo)致瞬間損壞或者壽命嚴重折損．圖2原保溫結(jié)構(gòu)方案的總體布局Fig．2Overalllayoutoforiginalthermalinsulationstructure表1原保溫結(jié)構(gòu)材料參數(shù)Table1Parametersofmaterialsusedinoriginalthermalinsulationstructure材料厚度/mm導(dǎo)熱系數(shù)/(W/(m·K))CFB500．043CFF200．041SVB100．0042．2原保溫結(jié)構(gòu)方案材料分析原保溫結(jié)構(gòu)選用材料共有3種．第1種陶瓷纖維板與第2種陶瓷纖維氈具有較為低廉的售價和尚可的保溫性能(0．04～0．05)，使得其在現(xiàn)今的儀器與建筑保溫中獲得廣泛應(yīng)用．因此，上述兩種材料在原有保溫結(jié)構(gòu)方案中作為主要保溫材料．但是上述兩種材料過于普通的性能直接導(dǎo)致了其熱阻承擔(dān)能力太低:二者總厚度占保溫結(jié)構(gòu)總厚度的87．5%，卻只承擔(dān)了約15%的熱阻．使得特制真空材料的工作溫度不能被有效降低，，并且整體結(jié)構(gòu)厚度大大超出設(shè)計需求．第3種特制真空材料有效利用真空結(jié)構(gòu)的低導(dǎo)熱率，其導(dǎo)熱率約為0．004．遠低于常規(guī)保溫材料．目前廣泛應(yīng)用于保冷工程及部分建筑保溫之中．但是，其使用范圍通常不能超過180℃，且對裝配工藝要求非常嚴格，否則其真空結(jié)構(gòu)極易發(fā)生破損而導(dǎo)致失效．在實際工況中可以看出，由于超低的導(dǎo)熱

【參考文獻】

相關(guān)期刊論文 前7條

1 蘭偉,劉效疆;長壽命熱電池保溫材料的研究[J];電源技術(shù);2005年03期

2 宋劉斌;李新海;王志興;郭華軍;肖忠良;周英;;鋰離子電池充放電過程中的熱行為及有限元模擬研究[J];功能材料;2013年08期

3 姬芬竹;劉麗君;楊世春;徐斌;;電動汽車動力電池生熱模型和散熱特性[J];北京航空航天大學(xué)學(xué)報;2014年01期

4 羅玉濤;何小顫;;動力鋰離子電池?zé)岚踩杂绊懸蛩氐难芯縖J];汽車工程;2012年04期

5 張建平;戴詠夏;;多脈沖磁場下剛性導(dǎo)電薄板渦電流熱效應(yīng)分析[J];太原理工大學(xué)學(xué)報;2009年06期

6 孫波,孫曉東,桑麗杰,李勁松;汽輪機本體保溫裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計計算及說明[J];汽輪機技術(shù);2001年02期

7 曾樂才;邱廣瑋;倪蕾蕾;;鈉硫電池的結(jié)構(gòu)、工藝與應(yīng)用[J];裝備機械;2010年03期

【共引文獻】

相關(guān)期刊論文 前9條

1 張錄平;李暉;劉亞平;孫巖;;高分子生態(tài)環(huán)境材料的研究進展及應(yīng)用[J];工程塑料應(yīng)用;2009年09期

2 高曉菊;白嶸;韓麗娟;滿蓬;謝威;張濤;;鈉硫電池制備技術(shù)的研究進展[J];材料導(dǎo)報;2012年S2期

3 李敏;侯賢華;王潔;張苗;胡社軍;劉祥;;以石墨為母體的硅碳核殼復(fù)合負極材料的制備及性能研究[J];功能材料;2013年19期

4 洪思慧;張新強;汪雙鳳;張正國;;基于熱管技術(shù)的鋰離子動力電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)研究進展[J];化工進展;2014年11期

5 李建國;焦斌;陳國初;;鈉硫電池及其應(yīng)用[J];上海電機學(xué)院學(xué)報;2011年03期

6 徐青;李郝林;曾樂才;;鈉硫電池中激光焊接技術(shù)的研究[J];熱加工工藝;2012年09期

7 張立軍;程洪正;阮丞;刁坤;;鋰離子電池電場相似準則的推導(dǎo)與有限元驗證[J];汽車工程;2013年08期

8 張立軍;程洪正;阮丞;刁坤;;鋰離子電池內(nèi)部溫度場的相似準則推導(dǎo)與有限元驗證[J];上海汽車;2013年12期

9 周小沫;姜峰;吳冰;胡明軍;嚴薇;張施露;;基于專利分析的我國鈉硫電池技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀研究[J];科技創(chuàng)新導(dǎo)報;2014年16期

相關(guān)會議論文 前2條

1 馮堅;高慶福;馮軍宗;姜勇剛;;SiO_2氣凝膠隔熱復(fù)合材料性能及應(yīng)用研究進展[A];復(fù)合材料：創(chuàng)新與可持續(xù)發(fā)展(上冊)[C];2010年

2 許丹;;動力鋰電池?zé)釣?zāi)害致災(zāi)機理及防控方法探討分析[A];2014中國消防協(xié)會科學(xué)技術(shù)年會論文集[C];2014年

相關(guān)博士學(xué)位論文 前2條

1 高慶福;納米多孔SiO_2、Al_2O_3氣凝膠及其高效隔熱復(fù)合材料研究[D];國防科學(xué)技術(shù)大學(xué);2009年

2 陳建超;粘接劑與隔膜力學(xué)行為對鋰離子電池失效及安全影響機理[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2014年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前5條

1 徐蒙;磷酸鐵鋰動力電池放電過程電化學(xué)—熱耦合模型研究[D];北京交通大學(xué);2014年

2 李策園;純電動汽車鋰動力電池組溫度場特性研究及熱管理系統(tǒng)實現(xiàn)[D];吉林大學(xué);2014年

3 趙衛(wèi)兵;電動車鋰電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)研究[D];吉林大學(xué);2014年

4 史啟通;鋰離子電池?zé)釕?yīng)力分析及厚度變化的研究[D];北京有色金屬研究總院;2014年

5 劉秋降;基于極化電壓特性鋰電池優(yōu)化充電研究[D];北京交通大學(xué);2014年

【二級參考文獻】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 何鵬林;喬月;;鋰離子電池?zé)釣E用試驗研究[J];安全與電磁兼容;2010年04期

2 楊凱;李大賀;陳實;吳鋒;;電動汽車動力電池的熱效應(yīng)模型[J];北京理工大學(xué)學(xué)報;2008年09期

3 廖文明;戴永年;姚耀春;易惠華;熊學(xué);;4種正極材料對鋰離子電池性能的影響及其發(fā)展趨勢[J];材料導(dǎo)報;2008年10期

4 劉伶;張乃慶;孫克寧;楊同勇;朱曉東;;鋰離子電池安全性能影響因素分析[J];稀有金屬材料與工程;2010年05期

5 覃宇夏;李奇;熊英;劉勝;;鋰離子電池高倍率放電性能的影響因素[J];電池;2009年03期

6 王晉鵬;胡欲立;;鋰離子蓄電池溫度場分析[J];電源技術(shù);2008年02期

7 張遙;白楊;劉興江;;動力用鋰離子電池?zé)岱抡娣治鯷J];電源技術(shù);2008年07期

8 李奇;楊朗;楊暉;;鋰離子電池在循環(huán)過程中的產(chǎn)熱研究[J];電源技術(shù);2008年09期

9 張志杰;李茂德;;鋰離子電池內(nèi)阻變化對電池溫升影響分析[J];電源技術(shù);2010年02期

10 王晉鵬;李陽艷;;鋰離子電池三維溫度場分析[J];電源技術(shù);2011年10期

相關(guān)博士學(xué)位論文 前1條

1 姚耀春;尖晶石LiMn_2O_4的制備及其電池制作技術(shù)與性能研究[D];昆明理工大學(xué);2005年

【相似文獻】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 宋樹豐;陰宛珊;盧葦;;鈉硫電池研發(fā)關(guān)鍵問題[J];東方電氣評論;2011年04期

2 楊建華,曹佳弟;鈉硫電池電極結(jié)構(gòu)改進與電池性能研究[J];電化學(xué);1996年02期

3 呂家云;蔣全勝;秦磊;;鈉硫電池性能研究及應(yīng)用[J];巢湖學(xué)院學(xué)報;2009年06期

4 曾樂才;邱廣瑋;倪蕾蕾;;鈉硫電池的結(jié)構(gòu)、工藝與應(yīng)用[J];裝備機械;2010年03期

5 孫丙香;姜久春;時瑋;張維戈;;鈉硫電池儲能應(yīng)用現(xiàn)狀研究[J];現(xiàn)代電力;2010年06期

6 邱廣瑋;劉平;曾樂才;廖文俊;劉新寬;;鈉硫電池發(fā)展現(xiàn)狀[J];材料導(dǎo)報;2011年21期

7 ;國家電網(wǎng)鈉硫電池項目通過驗收[J];儲能科學(xué)與技術(shù);2012年01期

8 高曉菊;白嶸;韓麗娟;滿蓬;謝威;張濤;;鈉硫電池制備技術(shù)的研究進展[J];材料導(dǎo)報;2012年S2期

9 陳宗璋;蔣忠錦;謝乃賢;黃高山;馬維賓;;關(guān)于鈉硫電池極化的研究[J];湖南大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版);1979年01期

10 溫廷璉;美國鈉硫電池的發(fā)展近況[J];能源研究與信息;1987年04期

相關(guān)會議論文 前3條

1 張浩;溫兆銀;吳相偉;張敬超;;鈉硫電池中應(yīng)力場的有限元計算與模擬[A];中國硅酸鹽學(xué)會固態(tài)離子學(xué)分會理事會暨第一屆固態(tài)離子學(xué)青年學(xué)術(shù)交流會文集[C];2011年

2 溫兆銀;;鈉硫電池的現(xiàn)狀與儲能應(yīng)用[A];中國固態(tài)離子學(xué)暨電池材料青年學(xué)術(shù)論壇——論文摘要集[C];2013年

3 劉宇;溫兆銀;茅雁;楊建華;顧中華;韓金鐸;徐小剛;龔明光;張宇;祝銘;;鈉硫電池儲能技術(shù)應(yīng)用與產(chǎn)業(yè)化制備[A];第30屆全國化學(xué)與物理電源學(xué)術(shù)年會論文集[C];2013年

相關(guān)重要報紙文章 前8條

1 許孝平　韓錕;蕪湖縣籌建鈉硫電池生產(chǎn)基地[N];蕪湖日報;2010年

2 張宇;鈉硫電池研究項目通過國家驗收[N];國家電網(wǎng)報;2012年

3 記者 沈湫莎;鈉硫電池給電網(wǎng)裝上“硬盤”[N];文匯報;2011年

4 王海峰;楊雄調(diào)研上海公司鈉硫電池產(chǎn)業(yè)化項目[N];國家電網(wǎng)報;2012年

5 記者 丁波邋實習(xí)生 吳曉春;納硫電池研發(fā)項目落戶嘉定[N];解放日報;2008年

6 陸雪林;嘉定凝心聚力助推新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展[N];上�？萍紙�;2011年

7 顧定槐;鈉硫電池儲能系統(tǒng)自主研發(fā)成功[N];中國化工報;2009年

8 沈欣;發(fā)展獨立自主儲能技術(shù)意義非凡[N];華東電力報;2011年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前1條

1 張莉莉;鈉硫電池固體電解質(zhì)Na-β″-Al_2O_3的制備研究[D];華中科技大學(xué);2007年

本文編號：2565326